機械手結構固有頻率的比較

　　機械手結構固有頻率的比較

　　衡量機械手結構設計好壞的指標之一，就是使機械手結構諧振頻率遠離伺服系統無阻尼自然頻率，或者說，機械手結構諧振頻率應控制在伺服系統閉環帶寬的4～5倍，這樣可使機械手運行穩定，避免機械系統產生諧振。

　　111實體模型和數據

　　(以針輪齒數30為例)和諧波減速器(與前RV減速器功率和速比相近產品為例)各自的結構基頻分別為130Hz和1616Hz.因此，在機器人上使用諧波減速器時，扭振一直是突出的問題。以下研究兩種減速器對具體關節的影響。

　　為便于討論和比較兩種減速器扭矩剛度對關節固有頻率的影響，僅以實際機械手大臂擺動關節為例，經適當簡化后將其作為計算模型。

　　大臂關節示意圖此關節是由電機軸驅動減速器，經較大減速比傳動后，再驅動大臂及負載繞關節軸線轉動。其中負載是機械手前部負載經過簡化和折算后的近似數據。

　　由三維實體模型及相關減速器技術資料可得到圖中各傳動件的質量等特性數據。

　　諧波減速器欄中數據是第一輪設計中所選減速器;大臂扭轉剛度值，是根據材料力學梁彎曲轉角公式折算得到的。

　　112扭振模型建立

　　根據以上結構圖和實體數據，可以簡化并建立扭振模型。通常把電機等轉動慣量大、扭矩剛度大、變形小的實體，用集中質量來表示并簡化;傳動部分的轉動慣量小、扭矩剛度低、變形大的實體用集中剛度。系統可以簡化為電機(集中慣量)，經減速器和大臂串聯形成的綜合剛度實體(集中剛度)連接到負載(集中慣量)的兩自由度振動模型。

　　采用牛頓-歐拉法建立系統振動方程。

　　113諧振頻率計算

　　φi為各質量的振幅。代入式整理后可得有關φi的齊次線性方程組，有非零解的條件為系數行列式為零，整理將數據分別代入式中，可計算出針對諧波和RV減速器的兩組Ji、C的值，然后將兩組值代入式中，就可解得兩組諧振頻率值。

　　114討論

　　一般地，伺服系統的閉環帶寬和系統伺服精度、快速性之間有經驗公式。

　　在這兩例機械手大臂關節設計中，由于伺服電機、總減速比、誤差。最大速度等均相差無幾，因而取實際設計中的參數對伺服系統帶寬ωB進行近似估算由值可以看出，選用RV減速器使大臂關節結構諧振頻率達到帶寬的415倍左右，基本符合機械手結構諧振頻率應控制在伺服系統閉環帶寬的4～5倍的要求;選用諧波三大組件的大臂關節結構諧振頻率只達到帶寬的118倍左右。因而第二輪設計選用RV減速器更合理，能更好地避免關節扭振的發生，提高運行平穩性和安全性;提高機械臂響應速度，使機械臂更靈活。這也正是第一輪機械手調試較為困難的原因。【機械手】